해피레포트 - [기초물리학] 애플파이와 열의 전도

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[기초물리학] 애플파이와 열의 전도 맛있게 구운 애플파이가 있었다. 그런데 이 애플파이는 오븐에서 꺼낸 후 한참 동안이나 뜨거웠다. 사과는 이상할 정도로 열을 오래 보존하는 성질을 갖고 있는 것이었다. 성급하게 이 애플파이를 입에 넣었다가 입에 화상을 입은 람퍼드 백작은 이상한 생각이 들었다. 이와 비슷한 사건이 또 있다. 철제 난로로 덥게 한 방 안에 쌀스프 한 그릇이 들어왔다. 한 시간 정도 난로 위에 올려놓은 후 한 숟가락을 떴다. 그것은 차갑게 식어 있었고 맛은 매우 진했다. 그래서 두 숟가락째는 아무 생각 없이 숟갈을 더 깊이 넣어 떠 먹었다가 그만 입을 데고 말았다. 나폴리의 온천에서도 같은 종류의 일이 일어났다. 냉천탕에서는 암석의 모든 틈 사이고 뜨거운 증기가 뿜어 나왔고 지면에서도 올라오고 있었다. 근처 해안에 갔을 때 물 속에 손을 넣어 보았는데 바다에서는 파도가 쉴새 없이 밀려와서 평평한 모래사장에 부딪쳤기 때문에 물이 차가웠다. 다시 손을 물 밑 모래 속에 넣었더니 참을 수 없을 만큼 뜨거웠다. 모래는 완전히 젖어 있었으나 온도는 6~9cm의 거리에서 심한 차가 있었다. 비슷한 세 가지 경험을 한 람퍼드 백작은 여러 가지 의문이 생겼다. 18세기 말까지 물은 열을 잘 전하는 물질로 알려져 있었다. 그러나 람퍼드 백작의 경험에 의하면 물이 열을 잘 전도시킨다는 것에 동의할 수 없었다. 그것을 정리하면 다음과 같다. 애플 파이가 표면은 차가와졌어도 내부에 오랫동안 열을 보유하고 있는 것이다. 국물이 열의 양도체였다면 그런 일은 없을 것이다. 만약 그렇다면 열은 국물을 통하여 표면까지 전도되어 그 다음 찬 공기 속에서 식어야 했을 것이다. 진한 쌀스프의 경우도 마찬가지다. 뜨거운 난로 위에 쌀 스프를 올려놓았을 때 표면은 찬데 밑은 굉장히 뜨거웠다. 왜 난로에서 들어간 열이 표면까지 전도되지 않았을까? 바닷물은 뜨거운 모래사장 위를 흐르고 있는데도 차가운 그대로인 것도 마찬가지다. 그것은 모래에서의 열이 9cm 깊이의 물을 통하여 전도되지 않았기 때문인 것이다. 람퍼드가 특별히 제조된 온도계로 실험을 하고 있던 어느날이다. 온도계의 둥근 부분(구부)은 엷은 동판으로 만들어지고 지름은 12cm였다. 동부는 굵고 투명한 유리관으로 구리의 구부에 꽂아 액체가 새지 않도록 빈틈은 봉해져 있었다. 이런 모양의 온도계를 몇 개 만들어 각각 다른 종류의 액체를 채웠다. 그 중 하나에는 에틸 알코올을 관이 견딜 수 있는 한계의 고온으로 가열하여 부었다. 그리고 온도계를 창가에 놓고 식혔다. 햇빛이 좋은 날이었기 때문에 햇빛이 관을 잘 비춰주고 있었다.

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